TECNOTECA TECNOLOGÍAS DE CONTROL DE CONTAMINANTES PROCEDENTES DE FUENTES ESTACIONARIAS. Dirección de Investigación sobre la Calidad del Aire

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1 Instituto Nacional de Ecología TECNOTECA TECNOLOGÍAS DE CONTROL DE CONTAMINANTES PROCEDENTES DE FUENTES ESTACIONARIAS Dirección de Investigación sobre la Calidad del Aire Dirección General de Investigación sobre la Contaminación Urbana, Regional y Global

2 TECNOTECA Este documento brinda información general sobre los distintos equipos de control de emisiones de contaminantes atmosféricos que se utilizan en las fuentes fijas, para tal fin se clasificó por contaminantes (partículas, partículas, gases y vapores, compuestos orgánicos volátiles, óxidos de nitrógeno y óxidos de azufre) y para cada equipo se describen brevemente las siguientes características: PRINCIPIOS DE LA OPERACIÓN REDUCCIONES DE EMISIONES ALCANZADAS APLICACIONES INDUSTRIALES TÍPICAS VENTAJAS DESVENTAJAS 2

3 INDICE DE TECNOLOGÍAS DE CONTROL: Tecnologías de control para partículas Filtros de tela Limpieza con sacudimiento mecánico Más info. Limpieza con inyección de aire inverso Más info. Limpieza con chorro de aire pulsante Más info Filtros de alta eficiencia Más info. Separadores con ayuda mecánica Más info. Cámaras de sedimentación Más info. Separadores por momento Más info. Ciclones Más info. Precipitadores electrostáticos Precipitadores electrostáticos en húmedo- Tipo placaalambre Más info. Precipitadores electrostáticos en húmedo- Tipo tuboalambre Más info. Precipitadores electrostáticos en seco- Tipo placa-alambre Más info. Precipitadores electrostáticos en seco- Tipo tubo-alambre Más info. Separadores por condensación Más info. Tecnologías de control para partículas, gases y vapores Torres de aspersión Más info. Torres de platos Más info. Torres empacadas Más info. Lavadores Venturi Más info. Lavadores con orificio Más info. Lavadores con lecho de fibra Más info. 3

4 Tecnologías de control para Compuestos orgánicos volátiles Antorcha Más info. Incineradores térmicos Más info. Incineradores térmicos tipo recuperativo Más info. Incineradores catalíticos Más info. Adsorción Más info. Adsorción con carbón activado Más info. Tecnologías de control para Óxidos de Nitrógeno Modificación de los procesos de combustión Más info. Tratamiento químico de los gases de combustión Más info. Tecnologías de control para Óxidos de Azufre Medidas Preventivas Más info. Extracción de SO 2 de los gases ricos de desecho Más info Extracción de SO 2 de los gases pobres de desecho Procesos en húmedo Más info. Proceso en seco Más info. Glosario 4

5 NOMBRE DE LA TECNOLOGÍA Filtros de Tela - Limpieza con Sacudimiento Mecánico CONTAMINANTES A LOS QUE SE APLICA Se aplican al control de partículas con diámetros aerodinámicos superiores a 2.5 μm y al control de contaminantes peligrosos del aire en forma particulada, como la mayoría de los metales. El mercurio es una excepción, ya que gran parte de sus emisiones tienen lugar en forma de vapor elemental. PRINCIPIOS DE LA OPERACIÓN En un filtro de tela, el gas pasa a través de una tela de tejido apretado o de fieltro y quedan retenidas en la tela, por tamizado u otros mecanismos, las partículas contenidas en el gas. Los filtros de tela pueden presentar forma de hojas, cartuchos o bolsas, con un número de unidades individuales de filtros de tela encasillados en grupo. Las bolsas son el tipo más común de filtro de tela. A los filtros de tela se les conoce frecuentemente como casas de bolsas porque la tela está configurada, por lo general, en bolsas cilíndricas. Las condiciones de operación influyen en la selección de la tela. Algunas telas, como las poliolefinas de nylon, acrílicos y poliésteres, son útiles solamente a temperaturas relativamente bajas, de 95 a 150 o C. Para flujos de gases a altas temperaturas, deben utilizarse telas más estables térmicamente, como fibra de vidrio, teflón ó nómex. En las unidades con sacudimiento mecánico, la parte superior de las bolsas se encuentra unida a una barra que se mueve abruptamente, normalmente en la dirección horizontal, con objeto de limpiar las bolsas. Estas barras operan con motores mecánicos o a mano, cuando no es necesaria una limpieza frecuente. REDUCCIONES DE EMISIONES ALCANZADAS Las eficiencias típicas de recuperación para equipos nuevos son del 99 al 99.9%. Los equipos más antiguos presentan un rango de eficiencias de operación del 95 al 99.9%. Entre los factores que determinan el valor de la eficiencia de recolección de los filtros de tela se encuentran la velocidad de filtración del gas, las características de las partículas, las propiedades de la tela y el mecanismo 5

6 de limpieza. En general, la eficiencia de recolección aumenta al incrementar la velocidad de filtración y el tamaño de las partículas. También influye el propio proceso de limpieza. Cada ciclo de limpieza remueve, al menos, parte del polvo retenido, lo que provoca que, al reiniciarse la filtración, la capacidad de filtrado haya disminuido. Muchas de las partículas contenidas en el gas se ven forzadas a atravesar el filtro. A medida que se van capturando nuevas partículas, la eficiencia vuelve a aumentar hasta el siguiente ciclo de limpieza. APLICACIONES INDUSTRIALES TÍPICAS Los filtros de tela funcionan con gran efectividad en diferentes aplicaciones. Se pueden utilizar en calderas de centrales termoeléctricas (carbón), en procesamiento de metales no ferrosos, primario y secundario (industria del cobre, plomo, zinc, aluminio, producción de otros metales), procesamiento de metales ferrosos (coque, producción de aleaciones de hierro, producción de hierro y acero, fundiciones de hierro gris, fundiciones de acero), productos minerales (manufactura de cemento, limpieza de carbón, explotación y procesamiento de piedra, manufactura de asfalto). En general, los filtros de tela pueden ser utilizados en casi cualquier proceso en el que se genere polvo y pueda ser recolectado y conducido por conductos a una localidad central. VENTAJAS Las ventajas de los filtros de tela con limpieza por sacudimiento mecánico son: 1. En general, los filtros de tela proporcionan altas eficiencias de recolección tanto para partículas gruesas como para las de tamaño fino. 2. Son relativamente insensibles a las fluctuaciones de las condiciones de la corriente de gas. 3. El aire de salida del filtro es bastante limpio y en muchos casos puede ser recirculado dentro de la planta, para conservación de energía. 4. Las partículas se recolectan en seco. 5. Normalmente, no presenta problemas de corrosión ni oxidación. 6. Su utilización es relativamente simple. DESVENTAJAS Las desventajas principales son: 1. Para temperaturas muy por encima de los 290 o C se requiere el uso de telas metálicas o de mineral refractario especial, lo que puede resultar muy caro. 6

7 2. Para ciertos tipos de polvos puede ser necesaria la utilización de telas tratadas, con objeto de reducir la percolación de los polvos o, en otros casos, para facilitar la remoción del polvo recolectado. 3. Determinadas concentraciones de ciertas partículas en el colector, aproximadamente 50 g/m 3, pueden representar un riesgo de fuego o explosión, si se produce accidentalmente una llama o una chispa. 4. Las telas pueden arder si se recolecta polvo fácilmente oxidable. 5. Los filtros de tela tienen muchos requisitos de mantenimiento, como por ejemplo, el reemplazo periódico de las bolsas. 6. La vida de la tela puede verse reducida a temperaturas elevadas y en presencia de constituyentes gaseosos o particulados ácidos o alcalinos. 7. No son adecuados para ambientes húmedos, ya que los materiales higroscópicos, la condensación de humedad o los materiales adhesivos espesos pueden causar costras o tapar la tela. 8. Puede ser necesaria la protección respiratoria del personal de mantenimiento durante el reemplazo de la tela. 7

8 NOMBRE DE LA TECNOLOGÍA Filtros de Tela - Limpieza con Circulación de Aire Inverso CONTAMINANTES A LOS QUE SE APLICA Se aplican al control de partículas con diámetros aerodinámicos superiores a 2.5 μm y al control de contaminantes peligrosos del aire en forma particulada, como la mayoría de los metales. El mercurio es una excepción, ya que gran parte de sus emisiones tienen lugar en forma de vapor elemental. PRINCIPIOS DE LA OPERACIÓN En un filtro de tela, el gas pasa a través de una tela de tejido o de fieltro, y quedan recolectadas en la tela, por tamizado u otros mecanismos, las partículas contenidas en el gas. Los filtros de tela pueden presentar forma de hojas, cartuchos o bolsas, con un número de unidades individuales de filtros de tela encasillados en grupo. Las bolsas son el tipo más común de filtro de tela. A los filtros de tela se les conoce frecuentemente como casas de bolsas porque la tela está configurada, por lo general, en bolsas cilíndricas. Las condiciones del proceso son factores importantes para la selección de la tela. Algunas telas, como las poliolefinas de nylon, acrílicos y poliésteres, son útiles solamente a temperaturas relativamente bajas, de 95 a 150 o C. Para flujos de gases a altas temperaturas, deben utilizarse telas más estables térmicamente, como fibra de vidrio, teflón ó nómex. La limpieza con aire inverso es un método común de limpieza de filtros de tela que ha sido muy utilizado. La mayoría de los filtros de tela con aire inverso operan de una manera similar a los filtros de tela con limpieza por sacudimiento. Normalmente las bolsas están abiertas por el fondo y cerradas en la parte superior. El gas fluye desde la parte interior a la parte exterior de las bolsas, quedando el polvo capturado en el interior. La limpieza se lleva a cabo haciendo pasar aire limpio a través de los filtros en dirección opuesta al flujo de gas. El cambio de dirección del flujo del gas provoca que la bolsa se doble y se despegue el polvo acumulado. Existen varios métodos para invertir el flujo a través de los filtros. Uno de ellos consiste en la utilización de un ventilador secundario. La limpieza con aire invertido se utiliza únicamente en casos en los que el polvo se desprende con facilidad de la tela. 8

9 REDUCCIONES DE EMISIONES ALCANZADAS Las eficiencias típicas para equipos nuevos varían del 99 al 99.9%. Para equipos más antiguos estas eficiencias pueden variar del 95 al 99.9%. Entre los factores que determinan el grado de eficiencia de recolección de los filtros de tela se encuentran la velocidad de filtración del gas, las características de las partículas, las características de la tela y el mecanismo de limpieza. En general, la eficiencia de recolección aumenta al incrementar la velocidad de filtración y el tamaño de las partículas. También influye el propio proceso de limpieza. Cada ciclo de limpieza remueve, al menos, parte del polvo retenido, lo que provoca que, al reiniciarse la filtración, la capacidad de filtrado haya disminuido. Muchas de las partículas contenidas en el gas se ven forzadas a atravesar el filtro. A medida que se van capturando nuevas partículas, la eficiencia vuelve a aumentar hasta el siguiente ciclo de limpieza. APLICACIONES INDUSTRIALES TÍPICAS Los filtros de tela pueden funcionar con gran efectividad en diferentes aplicaciones. Se utilizan en calderas de termoeléctricas (carbón), calderas industriales (carbón, madera), calderas comerciales (carbón, madera), procesamiento de metales no ferrosos, primario y secundario (cobre, plomo, zinc, aluminio, producción de otros metales), procesamiento de metales ferrosos (coque, producción de aleaciones de hierro, producción de hierro y acero, fundiciones de hierro gris, fundiciones de acero), productos minerales (manufactura de cemento, limpieza de carbón, explotación y procesamiento de piedra, manufactura de asfalto. En general, los filtros de tela pueden ser utilizados en la mayoría de los procesos en que se genere polvo y pueda ser recolectado y conducido por conductos a una localidad central. VENTAJAS Las ventajas de los filtros de tela con limpieza por circulación de aire inverso son: 7. Proporcionan altas eficiencias de recolección tanto para partículas gruesas como para las de tamaño fino. 8. Son relativamente insensibles a las fluctuaciones de las condiciones de la corriente de gas. 9. El aire de salida del filtro es bastante limpio y en muchos casos puede ser recirculado dentro de la planta, para conservación de energía. 10. El material retenido se recolecta en seco. 11. Normalmente no presentan problemas de corrosión ni oxidación. 12. Su utilización es relativamente simple. 9

10 DESVENTAJAS Las desventajas principales son: 9. Para temperaturas muy por encima de los 290 o C se requiere el uso de telas metálicas o de mineral refractario especial, lo que puede resultar muy caro. 10. Para ciertos tipos de polvos, se pueden requerir telas tratadas con objeto de reducir la percolación de los polvos o, en otros casos, para facilitar la remoción del polvo recolectado. 11. Determinadas concentraciones de algunas partículas en el colector, aproximadamente 50 g/m 3, pueden representar un peligro de fuego o explosión, si se produce accidentalmente una llama o una chispa. 12. Los filtros de tela presentan elevados requisitos de mantenimiento, como por ejemplo, el reemplazo periódico de las bolsas. 13. La vida de la tela puede verse reducida a temperaturas elevadas y en presencia de constituyentes gaseosos o en forma de partículas, ácidos o alcalinos. 14. No pueden operar en ambientes húmedos, ya que los materiales higroscópicos, la condensación de humedad o los materiales adhesivos espesos pueden causar costras o tapar la tela. 15. Puede resultar necesaria la protección respiratoria del personal de mantenimiento durante el reemplazo de la tela. Indice 1

11 NOMBRE DE LA TECNOLOGÍA Filtros de Tela - Limpieza con Chorro de Aire Pulsante CONTAMINANTES A LOS QUE SE APLICA Se aplican al control de partículas con diámetros aerodinámicos superiores a 2.5 μm y al control de contaminantes peligrosos del aire en forma particulada, como la mayoría de los metales a excepción del mercurio, ya que una parte significante de las emisiones de mercurio tienen lugar en forma de vapor elemental. PRINCIPIOS DE LA OPERACIÓN En un filtro de tela, el gas pasa a través de una tela de tejido o de fieltro, y quedan recolectadas en la tela, por tamizado u otros mecanismos, las partículas contenidas en el gas. Los filtros de tela pueden presentar forma de hojas, cartuchos o bolsas, con un número de unidades individuales encasilladas en grupo. Las bolsas son el tipo más común de filtro de tela. A los filtros de tela se les conoce frecuentemente como casas de bolsas porque la tela está configurada, por lo general, en bolsas cilíndricas. Las condiciones del proceso son factores importantes para la selección de la tela. Algunas telas, como las poliolefinas de nylon, acrílicos y poliésteres, son útiles solamente a temperaturas relativamente bajas, de 95 a 150 o C. Para flujos de gases a altas temperaturas, deben utilizarse telas más estables térmicamente, como fibra de vidrio, teflón o nómex. En los filtros de tela limpiados por chorro pulsante las bolsas están cerradas por el fondo, abiertas en la parte superior y reforzadas internamente por jaulas. El gas cargado de partículas fluye desde fuera hacia el interior de las bolsas y de ahí hacia la salida del gas. Las partículas se recolectan en el exterior de las bolsas y caen hacia una tolva debajo del filtro de tela. Durante la limpieza por chorro pulsante se inyecta dentro de las bolsas un pulso corto de aire, de 0.03 a 0.1 segundos de duración, a alta presión. Para producir ese pulso se sopla a través de una boquilla venturi por la parte superior de las bolsas, lo que ocasiona la aparición de una onda de choque que continúa su trayecto hacia el fondo de la bolsa. La onda dobla la tela, separandola de la jaula y removiendo el polvo acumulado. REDUCCIONES DE EMISIONES ALCANZADAS Las eficiencias típicas para equipos nuevos varían del 99 al 99.9%. Para equipos más antiguos estas eficiencias pueden variar del 95 al 99.9%. Entre los factores que determinan el grado de eficiencia de recolección de los filtros de tela se encuentran la velocidad de filtración del gas, las 1

12 características de las partículas, las características de la tela y el mecanismo de limpieza. En general, la eficiencia de recolección aumenta al incrementar la velocidad de filtración y el tamaño de las partículas. También influye el propio proceso de limpieza. Cada ciclo de limpieza remueve, al menos, parte del polvo retenido, lo que provoca que, al reiniciarse la filtración, la capacidad de filtrado haya disminuido. Muchas de las partículas contenidas en el gas se ven forzadas a atravesar el filtro. A medida que se van capturando nuevas partículas, la eficiencia vuelve a aumentar hasta el siguiente ciclo de limpieza. APLICACIONES INDUSTRIALES TÍPICAS Los filtros de tela pueden funcionar con gran efectividad en diferentes aplicaciones. Se utilizan en calderas termoeléctricas (carbón), calderas industriales (carbón, madera), calderas comerciales (carbón, madera), procesamiento de metales ferrosos (producción de hierro y acero, fundiciones de acero), productos minerales (manufactura de cemento, limpieza de carbón, explotación y procesamiento de piedra), manufactura de asfalto, molienda de grano. En general, los filtros de tela pueden ser utilizados en la mayoría de los procesos en que se genere polvo y pueda ser recolectado y conducido por conductos a una localidad central. VENTAJAS Las ventajas de los filtros de tela con limpieza por chorro de aire pulsante son: 13. Proporcionan altas eficiencias de recolección tanto para partículas gruesas como para las de tamaño fino. 14. Son relativamente insensibles a las fluctuaciones en las condiciones de la corriente de gas. 15. El aire de salida del filtro es bastante limpio y en muchos casos puede ser recirculado dentro de la planta, para conservación de energía. 16. El material retenido se recolecta en seco. 17. Normalmente, no presenta problemas de corrosión ni oxidación. 18. El proceso es relativamente simple. 19. Los filtros de tela limpiados por chorro pulsante pueden tratar flujos altos de gas, con cargas grandes de partículas. 20. Los filtros de tela limpiados por el método de chorro pulsante, pueden ser de menor tamaño que otros tipos de filtros de tela, para el tratamiento de la misma cantidad de gas y polvo. 1

13 DESVENTAJAS Las desventajas principales son: 16. Para temperaturas muy por encima de los 290 o C se requiere el uso de telas metálicas o de mineral refractario especial, lo que puede resultar muy caro. 17. Para ciertos tipos de polvos, se pueden requerir telas tratadas con objeto de reducir la percolación de los polvos o en otros casos, para facilitar la remoción del polvo recolectado. 18. Determinadas concentraciones de algunas partículas en el colector, aproximadamente 50 g/m 3, pueden representar un peligro de fuego o explosión, si se produce una llama o una chispa accidentalmente. 19. Los filtros de tela presentan elevados requisitos de mantenimientos, como por ejemplo, el reemplazo periódico de las bolsas. 20. La vida de la tela puede verse reducida a temperaturas elevadas y en presencia de constituyentes gaseosos o en forma de partículas, ácidos o alcalinos. 21. No son adecuados para ambientes húmedos, ya que los materiales higroscópicos, la condensación de humedad o los materiales adhesivos espesos pueden causar costras o tapar la tela. 22. Puede resultar necesaria la protección respiratoria del personal de mantenimiento durante el reemplazo de la tela. 23. En Las unidades con chorro pulsante que utilizan velocidades muy altas del gas el polvo de las bolsas limpiadas puede ser arrastrado hacia otras bolsas. Esta situación provoca que sólo parte del polvo caiga sobre la tolva y aumente su acumulación sobre otras bolsas. 1

14 NOMBRE DE LA TECNOLOGÍA Filtros HEPA (High Efficiency Particle Air) Filtros de Aire de Alta Eficiencia para Partículas. Filtros ULPA (Ultra Low Penetration Air) Filtros de Aire de Ultra Baja Penetración. CONTAMINANTES A LOS QUE SE APLICA Se aplica al control de partículas de tamaño sub-micrométrico, pudiéndose recuperar partículas con diámetro aerodinámico superior a 0.12 micras, partículas tóxicas desde el punto de vista químico, biológico o radioactivo y contaminantes peligrosos del aire en forma de partículas, como la mayoría de los metales, a excepción del mercurio. PRINCIPIOS DE LA OPERACIÓN Los filtros HEPA y ULPA contienen generalmente papel como medio filtrante. Los nuevos diseños utilizan medios no tejidos, con tecnologías recientes basadas en fibras finas, como fibras de vidrio. Tanto el papel como los materiales no tejidos constituyen un empaque de alta densidad. Esta característica, en adición al pequeño diámetro de la fibra, permite una alta eficiencia de recolección de partículas sub-micrométricas. La corriente de gas se hace pasar a través del medio fibroso de filtración, quedándose las partículas contenidas en la corriente recolectadas por tamizado y otros mecanismos. La acumulación de polvo que se va formando en el medio filtrante puede incrementar la eficiencia de recolección. REDUCCIONES DE EMISIONES ALCANZADAS En general, los filtros HEPA y ULPA se definen como aquellos que tienen la siguiente designación de eficiencia mínima: HEPA: 99.97% de eficiencia para la remoción de partículas de diámetro superior a 0.3 μm ULPA: % de eficiencia para recuperación de partículas con diámetros superiores a 0.12 μm. Algunos filtros son capaces de eficiencias más altas. Se dispone en el mercado de filtros que pueden controlar partícula de 0.01 μm de diámetros, con eficiencias de % y partículas de 0.1 μm de diámetro con eficiencias de %. APLICACIONES INDUSTRIALES TÍPICAS 1

15 Los filtros HEPA y ULPA se apllican en situaciones en las que se requieren altas eficiencias de recolección de partículas sub-micrométricas, cuando no se puede separar del filtro la materia tóxica y/o peligrosa o cuando resulta difícil limpiar el filtro. Se instalan como componente final en sistemas de recolección de partículas, corriente abajo de otros dispositivos, como precipitadores electrostáticos o filtros de tela. Las aplicaciones industriales comunes de los filtros HEPA y ULPA incluyen los incineradores de residuos de hospitales, de residuos nucleares de bajo nivel o de mezclas de residuos, y sistemas de ventilación y de seguridad nuclear. Adicionalmente, los filtros son utilizados en un número de aplicaciones comerciales y procesos de manufactura, como laboratorios, industria de alimentos y manufactura de productos farmacéuticos y micro-electrónicos. VENTAJAS Las ventajas principales de los filtros HEPA y ULPA son: 1. Altas eficiencias de recolección para partículas de tamaño sub-micrométrico. 2. Pueden ser utilizados para flujos bajos y concentraciones bajas de contaminante. 3. El aire sale del filtro muy limpio y, en muchos casos, puede ser recirculado dentro de la planta. 4. No son sensibles a pequeñas variaciones de las condiciones de la corriente de gas. 5. Normalmente no presentan problemas de corrosión ni de oxidación. DESVENTAJAS Las desventajas principales son: 1. El medio filtrante está sujeto a daño físico por los esfuerzos mecánicos. 2. Para operar a temperaturas superiores a 95 C o con corrientes de contaminantes corrosivos, se requiere el uso de materiales especiales en el filtro, lo que resulta más caro. 3. La acumulación de algunos polvos en la coraza del filtro puede representar un peligro de explosión, si se produce accidentalmente una chispa. 4. El medio filtrante puede arder si se recolecta polvo fácilmente oxidable. 5. Requieren mucho mantenimiento y cambios de filtros frecuentes. 6. La vida de los filtros disminuye a altas temperaturas y en presencia de partículas ácidas o alcalinas en el gas. 1

16 7. Los flujos altos o grandes cargas de polvo, pueden también reducir la vida de operación del filtro. 8. No son adecuados para ambientes húmedos. Los materiales higroscópicos, la condensación de humedad y los componentes adhesivos espesos, pueden causar taponamiento del medio filtrante. 9. Pueden generar un volumen alto de residuos con baja concentración del contaminante. 10. En aplicaciones al control de compuestos peligrosos del aire y cuando las partículas son de naturaleza química, biológica o radioactiva, los filtros deben tratarse como residuos peligrosos. 1

17 NOMBRE DE LA TECNOLOGÍA Cámaras de sedimentación CONTAMINANTES A LOS QUE SE APLICA Aunque las cámaras de sedimentación se utilizan para el control de partículas con diámetros aerodinámicos superiores a 10 µ m, la mayoría de los diseños solamente atrapan de manera efectiva partículas con diámetros superiores a 50 µ m, aproximadamente. PRINCIPIOS DE LA OPERACIÓN Estos equipos consisten en cámaras de grandes dimensiones en las que la velocidad de la corriente gaseosa se reduce, de modo que las partículas que están en suspensión, principalmente las de mayor tamaño, permanecen el tiempo suficiente para caer por acción de la gravedad y depositarse en una tolva. Existen dos tipos de cámaras de sedimentación: la cámara de expansión y la cámara de bandejas múltiples. En la cámara de expansión, la velocidad de la corriente de gas se reduce significativamente a medida que el gas se expande, permitiendo que las partículas más grandes sedimenten. Cámara de expansión La cámara de bandejas múltiples es una cámara con un número de bandejas delgadas que condicionan al gas a fluir horizontalmente entre ellas. Aunque la velocidad del gas es ligeramente 1

18 mayor en una cámara de bandejas múltiples que en una cámara de expansión, la eficiencia de recolección de la cámara de bandejas es mayor, debido a que la distancia que las partículas deben recorrer en su caída es menor. Cámara de bandejas múltiples REDUCCIONES DE EMISIONES ALCANZADAS La eficacia de control de las cámaras de sedimentación varía en función del tamaño de partícula y del diseño de la cámara. Se pueden aplicar al control de partículas con diámetros superiores a 50 µ m, y, si la densidad del material es razonablemente alta, a partículas de diámetro superior a 10 µ m. La eficiencia de recolección para partículas de diámetros menores o iguales a 10 µ m (PM10), es normalmente menor al 10%. APLICACIONES INDUSTRIALES TÍPICAS A pesar de las bajas eficiencias de recolección, las cámaras de sedimentación han sido muy utilizadas. En la industria de refinación de metales se han aplicado al control de partículas grandes, como trióxido de arsénico procedente de la fundición de minerales de cobre arsenioso. Las plantas generadoras de calor y de electricidad han utilizado cámaras de sedimentación para recolectar partículas grandes de carbón no quemado, y re-inyectarlas a los generadores de vapor. También se han empleado en la disminución de carga de polvo y de abrasión en dispositivos posteriores, eliminando las partículas más grandes de la corriente de gas. Son particularmente útiles en industrias en las que es necesario enfriar la corriente de gas antes de continuar con otros tratamientos. El uso de estas cámaras ha disminuido debido a mayores restricciones de espacio en 1

19 las plantas y por la posibilidad de utilizar otros dispositivos de control más eficientes y con mayores capacidades de carga. VENTAJAS Las ventajas de las cámaras de sedimentación son, principalmente: 1. Bajos costos de capital 2. Costos de energía muy bajos 3. No hay partes móviles, por lo que presentan pocos requerimientos de mantenimiento y bajos costos de operación. 4. Excelente Funcionamiento 5. Baja caída de presión a través del equipo 6. El equipo no está sujeto a la abrasión, debido a la baja velocidad del gas. 7. Proporciona enfriamiento incidental de la corriente de gas. 8. Las limitaciones de temperatura y presión dependen únicamente de los materiales de construcción. 9. La recolección y disposición tiene lugar en seco. DESVENTAJAS Las desventajas principales son: 1. Eficiencias de recolección de partículas relativamente bajas, particularmente para aquellas de tamaño menor a 50 µ m. 2. No puede manejar materiales pegajosos o aglutinantes 3. Gran tamaño físico 4. Las bandejas de las cámaras de bandejas múltiples se pueden deformar durante operaciones a altas temperaturas. 1

20 NOMBRE DE LA TECNOLOGÍA Separadores con ayuda mecánica CONTAMINANTES A LOS QUE SE APLICA Los separadores con ayuda mecánica se utilizan para el control de partículas, principalmente aquellas de diámetro aerodinámico superior a 10 µ m. PRINCIPIOS DE LA OPERACIÓN Los separadores con ayuda mecánica basan su mecanismo de separación en la inercia. La corriente de gas es acelerada mecánicamente, para aumentar la efectividad de la separación de las partículas por inercia. Un diseño común es un ventilador de aspas radiales, que imparte mecánicamente una fuerza centrífuga a las partículas de la corriente del gas, causando su separación. Las partículas se recogen en una tolva para polvos y a continuación se retiran. Separador con ayuda Mecánica 2

21 REDUCCIONES DE EMISIONES ALCANZADAS La eficacia de control de un separador con ayuda mecánica es similar a la de un ciclón con alta caída de presión. Para el control de partículas de diámetro aerodinámico menor o igual a 10 µ m (PM 10 ) se pueden lograr eficacias de control cercanas al 30%. APLICACIONES INDUSTRIALES TÍPICAS Los separadores con ayuda mecánica han sido utilizados en industrias de alimentos, farmacéutica, y labrado de maderas. Debido a su tamaño compacto, se recurre a ellos con frecuencia en aplicaciones en las que el espacio es limitado o donde se deseen muchas unidades individuales. Los separadores con ayuda mecánica han sido suplantados por los ciclones en gran número de aplicaciones. VENTAJAS Las ventajas de los separadores con ayuda mecánica son: 1. Diseño compacto y requerimientos de espacios pequeños 2. Mayores eficiencias de recolección de pequeñas partículas que las de otros diseños de pre-limpiadores 3. Recolección y disposición en seco DESVENTAJAS Las desventajas de los separadores con ayuda mecánica son: 1. Presenta mayores requerimientos de energía y costos de operación que otros prelimpiadores. 2. Los requisitos de mantenimiento son más elevados que para otros pre-limpiadores 3. No pueden manejar materiales pegajosos o aglutinantes 4. Se encuentran más sujetos a la abrasión que otros pre-limpiadores 2

22 NOMBRE DE LA TECNOLOGÍA Separadores de momento CONTAMINANTES A LOS QUE SE APLICA Los separadores de momento se emplean para el control de partículas de tamaño grueso, principalmente aquellas de diámetro aerodinámico superior a 10 µ m. PRINCIPIOS DE LA OPERACIÓN En estos equipos, se provoca un cambio drástico en la dirección del gas contaminado, a través de deflectores estratégicamente colocados. El gas, que fluye hacia abajo, es obligado por los deflectores a dirigirse súbitamente hacia arriba. El momento inercial y la gravedad actúan sobre las partículas en dirección hacia abajo, por lo que, las más grandes, se escaparán de las líneas de corriente del gas, recolectándose en el fondo de la cámara. REDUCCIONES DE EMISIONES ALCANZADAS A partir de información de la EPA (1982) sobre los valores de eficacia de control para un separador de momento utilizado en el control de ceniza de una caldera que quema carbón pulverizado, se han observado valores de un 5% para partículas con diámetros superiores a 5 µ m, eficacias de control comprendidas entre el 10 y el 20% para partículas con diámetros superiores a 10 µ m y de más del 99% para partículas con diámetros superiores a 90 µ m. APLICACIONES INDUSTRIALES TÍPICAS Los separadores por momento por sí solos no son adecuados para el control estricto de partículas en suspensión en el aire, pero cumplen un propósito importante como pre-limpiadores, antes de equipos de control final como precipitadores electrostáticos o filtros de tela. Los separadores por momento se utilizan en una amplia variedad de procesos industriales. VENTAJAS Los separadores por momento comparten muchas de las ventajas de otros separadores mecánicos: 2

23 1. La inversión inicial es baja. 2. Carecen de partes móviles, por lo que presenta pocos requerimientos de mantenimiento y bajos costos de operación. 3. Necesitan menos espacio que las cámaras de sedimentación. 4. La caída de presión es relativamente baja comparada con la cantidad de partículas a remover. 5. Las limitaciones de temperatura y presión dependen únicamente de los materiales de construcción. 6. La recolección y disposición tiene lugar en seco. DESVENTAJAS Los separadores por momento, también comparten las desventajas de otos recolectores mecánicos: 1. Las eficiencias de recolección de partículas son relativamente bajas. 2. Nos son adecuados para manejar materiales pegajosos o aglutinantes. 3. Las caídas de presión son mayores que las producidas en cámaras de sedimentación. 4. Debido a la caída de presión pueden los costos de operación pueden resultar mayores. 2

24 NOMBRE DE LA TECNOLOGÍA Ciclones CONTAMINANTES A LOS QUE SE APLICA Los ciclones se usan para el control de partículas, principalmente aquellas de diámetro aerodinámico superior a 10 µ m. Existen también ciclones de alta eficacia, diseñados para retener partículas con diámetros aerodinámicos por encima de 2.5 µ m. PRINCIPIOS DE LA OPERACIÓN Los ciclones utilizan la inercia para eliminar partículas de la corriente del gas. Se imparte una fuerza centrífuga a la corriente de gas, normalmente en una cámara de forma cónica, creándose un vórtice doble dentro del cuerpo del ciclón. El gas que entra es obligado a descender por el cuerpo del ciclón con movimiento circular cerca de las paredes internas del ciclón. En el fondo del ciclón, la dirección del gas se invierte y sube en espirales por el centro del tubo, saliendo por la tapa del ciclón. Las partículas en la corriente del gas son enviadas contra la pared del ciclón por la fuerza centrífuga del gas en rotación, pero se les opone la fuerza de arrastre del gas que se dirige hacia la salida. Cuando las partículas son grandes, la inercia vence a la fuerza de arrastre, haciendo que las partículas alcancen la pared del ciclón y sean recogidas. Para las partículas más pequeñas, la fuerza de arrastre es mayor que la de inercia y salen del ciclón en la corriente de gas. Debido a la gravedad, las partículas más grandes que llegan a la pared del ciclón caen sobre la tolva. Aunque utilizan el mismo mecanismo de separación que los separadores por impulso, los ciclones son más efectivos porque tienen un patrón de flujo de gas más complejo. REDUCCIONES DE EMISIONES ALCANZADAS El rango de eficiencia de control para los ciclones individuales convencionales se estima que está comprendido entre el 70 y el 90 % para partículas con diámetros superiores a 20 µ m, entre el 30 y 90 % para partículas con diámetros superiores a 10 µ m y de 0 a 40 % para partículas con diámetros desde 2.5 µ m. Los ciclones individuales de alta eficacia están diseñados para alcanzar mayor control de partículas pequeñas que los ciclones convencionales. Las eficacias de control para este tipo de ciclones varían entre el 80 y el 99 % para partículas con diámetros superiores a 20 µ m, entre el 2

25 60 y el 95% para partículas con diámetros superiores a 10 µ m con diámetros superiores a 2.5 µ m. y del 20 al 70 % para partículas Los ciclones de alta capacidad son adecuados para eliminar partículas mayores de 20 aunque en cierto grado tenga lugar también la recuperación de partículas más pequeñas. Los intervalos en que varía la eficacia de control de los ciclones de alta capacidad son del 80 al 99% para partículas con diámetros superiores a 20 µ m, del 10 al 40 % para partículas con diámetros superiores a 10 µ m y del 0 al 10% para partículas con diámetros superiores a 2.5 µ m. µ m, Los multi-ciclones pueden alcanzar eficacias de captura de partículas del 80 al 95% para diámetros superiores a 5 µ m. APLICACIONES INDUSTRIALES TÍPICAS Se utilizan frecuentemente para reducir la carga de partículas en la entrada a dispositivos finales de captura más caros, como precipitadores electrostáticos o filtros de tela, eliminando las partículas abrasivas de mayor tamaño. Es decir, presentan un importante papel como prelimpiadores antes del equipo de control final. Los ciclones se utilizan también en operaciones de recuperación y reciclado de productos alimenticios y materiales de proceso, como los catalizadores. Otra aplicación es en las industrias química y de alimentos, después de operaciones de secado por aspersión y después de las operaciones de trituración, molienda y calcinación, para capturar material útil o vendible. En la industria de metales ferrosos y no ferrosos, los ciclones se utilizan con frecuencia como primera etapa en el control de las emisiones de partículas en plantas. Las unidades industriales y comerciales de combustión que utilizan madera y/o combustibles fósiles emplean habitualmente ciclones múltiples (generalmente después de torres húmedas de absorción, precipitadores electrostáticos o filtros de tela), que recolectan partículas finas (menores a 2.5 µ m ) con mayor eficacia que un solo ciclón. VENTAJAS Las ventajas de los ciclones son principalmente: 1. La inversión inicial es baja. 2. Carece de partes móviles, con lo que los requerimientos de mantenimiento y los costos de operación son bajos. 2

26 3. La caída de presión es relativamente baja, comparada con la cantidad de partículas recuperadas. 4. Las limitaciones de temperatura y presión dependen únicamente de los materiales de construcción. 5. La colección y disposición de polvo tiene lugar en seco. 6. Los requisitos espaciales son relativamente pequeños. DESVENTAJAS Las desventajas de los ciclones incluyen las siguientes: 1. Las eficiencias de colección partículas en suspensión son relativamente bajas, especialmente para partículas de tamaño inferior a 10 µ m. 2. No pueden manejar materiales pegajosos o aglomerantes. 3. Las unidades de alta eficiencia pueden presentar caídas altas de presión. 2

27 NOMBRE DE LA TECNOLOGÍA Torres de aspersión CONTAMINANTES A LOS QUE SE APLICA Las torres de aspersión se utilizan principalmente para la recuperación de partículas. Con estos dispositivos es posible la recuperación de partículas con diámetros aerodinámicos superiores a 2.5 µ m, contaminantes peligrosos en forma particulada y vapores y gases inorgánicos, como el ácido crómico, ácido sulfhídrico, amoniaco, cloruros, fluoruros, y dióxido de azufre ( SO 2 ). Estos equipos también pueden ser ocasionalmente utilizados para el control de compuestos orgánicos volátiles (COV). PRINCIPIOS DE LA OPERACIÓN Los torres de aspersión consisten en cámaras vacías de forma cilíndrica o rectangular por donde el gas asciende, pasando a través de un banco o bancos sucesivos de toberas de aspersión. En su ascenso el gas se encuentra con las gotas del líquido disolvente generadas por las toberas. Las gotas arrastran las partículas contenidas en el gas y disuelven algunos de sus componentes gaseosos. REDUCCIONES DE EMISIONES ALCANZADAS Las torres de aspersión por lo general no se utilizan para el control de partículas finas, ya que serían necesarias grandes proporciones líquido/gas. Las eficacias de control de partículas suspendidas varían del 70 hasta más del 99%, dependiendo de la aplicación, tamaño de la partícula, etc. Para los gases inorgánicos se estima que las eficacias de control varían del 95 al 99%. En el control de SO 2, se logran eficacias comprendidas entre el 80 y hasta más del 99%, dependiendo del tipo de reactivo utilizado y el diseño de la torre de aspersión. En el control de COV, aunque se puede lograr eficacias superiores al 99% para algunos sistemas contaminantedisolvente, el intervalo típico de valores de eficacia de control varía entre el 50 y el 95%. Las eficacias más bajas representan flujos que contienen compuestos relativamente insolubles, en bajas concentraciones, mientras que las eficacias más altas se obtienen con flujos que contienen compuestos muy solubles en concentraciones altas. 2

28 APLICACIONES INDUSTRIALES TÍPICAS Las torres de aspersión se utilizan para el control de emisiones procedentes de tanques de almacenamiento de aceite ligero y de benceno, que utilizan el aceite de lavado como disolvente. Son uno de los lavadores por vía húmeda más empleado para el control de SO2 en industrias de metales primarios no ferrosos (por ejemplo, cobre, plomo, y aluminio), aunque su uso más extendido se encuentra en los procesos asociados a las plantas de ácido sulfúrico o de azufre elemental. 2

29 VENTAJAS Las ventajas de las torres de aspersión son, principalmente: 1. La caída de presión es relativamente baja. 2. Se pueden manejar polvos inflamables y explosivos con poco riesgo. 3. La construcción con plástico reforzado con fibra de vidrio permite operar en atmósferas altamente corrosivas. 4. La inversión inicial es relativamente baja. 5. No presenta muchos problemas de obstrucción. 6. Los requisitos de espacio son relativamente bajos. 7. Tienen capacidad para capturar tanto partículas como gases. DESVENTAJAS Las desventajas de las torres de aspersión son : 1. Puede existir un problema con el agua (o líquido) residual. 2. El producto retirado se recolecta en húmedo. 3. Las eficiencias de transferencia de masa son relativamente bajas. 4. No es muy adecuado para la recuperación de partículas finas. 5. Cuando se utiliza para su construcción plástico reforzado con fibra de vidrio, resulta sensible a la temperatura. 6. Presentan costos de operación relativamente altos. 2

30 NOMBRE DE LA TECNOLOGÍA Torres de platos CONTAMINANTES A LOS QUE SE APLICA La torre de platos resulta especialmente útil para la recuperación de partículas, pudiendo retener partículas de diámetro aerodinámico superior a 2.5 µ m, contaminantes peligrosos en forma de partículas y humos inorgánicos, vapores, y gases (por ejemplo, ácido crómico, ácido sulfhídrico, amoniaco, cloruros, fluoruros, y dióxido de azufre, ( SO 2 ). Estos equipos también pueden ser utilizados ocasionalmente para el control de compuestos orgánicos volátiles (COV). PRINCIPIOS DE LA OPERACIÓN Una torre de platos es una cámara vertical con placas montadas horizontalmente dentro de un caparazón hueco. El líquido lavador fluye hacia abajo mientras que la corriente de gas, con el o los contaminantes, fluye hacia arriba. El contacto entre el líquido y el gas tiene lugar sobre las placas o platos, que están equipadas con aperturas que permiten el paso de gas a través de ellas. Algunas placas están perforadas o tienen ranuras, mientras que las placas más complejas tienen aperturas parecidas a una válvula. En el caso de control de partículas, el líquido, tras el contacto, arrastra las partículas en su caída. Después del plato de fondo, el líquido y las partículas recuperadas fluyen hacia el exterior por el fondo de la torre. En el caso de control de gases inorgánicos, el disolvente más utilizado es el agua, aunque se emplean también otros como la solución cáustica para la absorción de gases ácidos. Cuando se quiere controlar SO 2, éste reacciona con el absorbente líquido, formando una mezcla en húmedo de sulfito y sulfato de calcio precipitados. REDUCCIONES DE EMISIONES ALCANZADAS Partículas: las eficacias de control de las torres de platos varían del 50 al 99 %, dependiendo de la aplicación. No se recomiendan las torres de platos para el control de partículas pequeñas menores de 1 µ m de diámetro aerodinámico. Gases Inorgánicos: se estima que las eficacias de eliminación varían entre el 95 y el 99 %. Para el control de SO 2, las eficacias de control varían desde el 80 hasta más del 99%, dependiendo del tipo de reactivo utilizado y del diseño de la torre. Las aplicaciones más recientes tienen una eficacia de remoción de SO2 superior al 90 %. 3

31 APLICACIONES INDUSTRIALES TÍPICAS Las torres de platos se utilizan habitualmente en la industria agrícola, alimenticia, y en las fundiciones de acero gris. La desulfuración del gas de salida (DGS), se emplea para el control de emisiones de SO2 producido durante la combustión de carbón y aceite procedentes de fuentes industriales y de plantas generadoras de electricidad. Las plantas de ácido sulfúrico o de azufre elemental son las que utilizan más frecuentemente estos dispositivos. También se utilizan para controlar emisiones de SO2 procedentes de procesos industriales de metales primarios no ferrosos, como cobre, plomo, y aluminio. VENTAJAS Las ventajas de las torres de platos son: 10. Pueden manejar polvos inflamables y explosivos con poco riesgo. 11. Permiten la absorción de gases y la recolección de polvo en una sola unidad. 12. Pueden manejar neblinas. 13. La eficacia de control puede ser variada. 14. Proveen enfriamiento a los gases calientes. 15. Se pueden neutralizar gases corrosivos y polvos. 16. Se logra un buen contacto entre el gas y el absorbente para la eliminación de SO 2. DESVENTAJAS Las desventajas principales son: 5. El líquido efluente puede crear problemas de contaminación del agua y requiere tratamiento previo a su disposición. 6. El producto residual se recoge en húmedo. 7. Existe una alta posibilidad de problemas de corrosión. 8. Se requiere protección contra el congelamiento. 9. El gas de escape puede necesitar un recalentamiento para evitar una pluma (vapor) visible. 10. Las partículas retenidas pueden ser contaminantes y no ser reciclables. 11. El tratamiento del residuo fangoso puede ser muy costoso. 3

32 NOMBRE DE LA TECNOLOGÍA Torres Empacadas CONTAMINANTES A LOS QUE SE APLICA Se utilizan principalmente para el control de vapores, y gases inorgánicos, como el ácido crómico, ácido sulfhídrico, amoniaco, cloruros, fluoruros, y dióxido de azufre,( SO 2 ) y compuestos orgánicos volátiles (COV). Se pueden emplear en el control partículas con diámetros aerodinámicos superiores a 2.5 µ m, incluyendo contaminantes peligrosos del aire en forma de partículas. PRINCIPIOS DE LA OPERACIÓN Las torres empacadas consisten en una cámara que contiene capas de material de empaque (relleno), como los anillos Raschig, anillos en espiral, o monturas Berl, que proporcionan una gran superficie de contacto entre el líquido y las partículas. El líquido lavador se introduce uniformemente desde la cabeza de la torre y fluye hacia abajo, cubriendo el empaque El contaminante a ser absorbido debe ser soluble en el líquido. La corriente de gas fluye hacia la parte superior de la cámara, contra la corriente del líquido. El agua es el disolvente más común utilizado para eliminar contaminantes inorgánicos. Para el control de gases ácidos (por ejemplo, HCl, SO 2, o ambos) se utiliza solución cáustica (hidróxido sódico, NaOH), carbonato sódico ( Na CO 2 3 ) e hidróxido cálcico (cal apagada, Ca(OH ) 2 ). Para su uso como técnica de control de vapores orgánicos, es necesaria la elección del disolvente apropiado, de modo que el compuesto orgánico sea soluble en él. Así, por ejemplo, se utiliza el agua como disolvente en el caso de compuestos como metanol, etanol, isopropanol, butanol, acetona y formaldehído, solubles en este disolvente. Para la absorción de COV hidrófobos se puede utilizar un bloque de co-polímero disuelto en agua, que deberá ser regenerado o tratado de forma adecuada, una vez utilizado. El control de partículas se realiza por impacto de éstas contra el relleno, al pasar la corriente de gas a través de este material. El líquido, en su caída sobre el material de relleno, recolecta las partículas impactadas y continúa su descenso por la cámara hacia el drenaje en el fondo de la torre. En algunos casos se emplean como eliminadores de niebla para retener partículas líquidas arrastradas por el gas. 3

33 En general, estos dispositivos son más apropiados para el control de gases que para el control de partículas, debido a los altos requisitos de mantenimiento que se necesitan en este último caso, como consecuencia del manejo adicional de lodos, válvulas, etc. Torre empacada REDUCCIONES DE EMISIONES ALCANZADAS Se estima que las eficiencias de remoción para contaminantes inorgánicos varían del 95 al 99 %. En el control de COV, los valores de eficacia dependen del sistema contaminante-disolvente y del tipo de absorbente utilizado. En algunos casos se pueden lograr eficacias mayores del 99 %, aunque en general varían del 70 hasta más del 99%. Las eficacias de control en el control de partículas pueden variar entre el 50 y el 95%, dependiendo de la aplicación, tamaños de partículas, gasto de disolvente, presión del líquido, etc. APLICACIONES INDUSTRIALES TÍPICAS 3

34 Las torres empacadas se utilizan típicamente en la industria química, aluminio, coque, aleaciones ferrosas, alimentos, agrícola y cromado por electro-plateado. VENTAJAS Las ventajas de las torres empacadas son: 1. La caída de presión es relativamente baja. 2. Su construcción con plástico reforzado con fibra de vidrio permite operar en atmósferas altamente corrosivas. 3. Se pueden lograr eficiencias de transferencia de masa relativamente altas. 4. Es posible variar la altura y/o el tipo de empaque para mejorar la transferencia de masa sin necesidad de adquirir equipo nuevo. 5. La inversión inicial es relativamente baja. 6. Los requisitos de espacio son relativamente bajos. 7. Tiene capacidad para eliminar tanto partículas como gases. DESVENTAJAS Las desventajas de las torres empacadas son: 1. Puede resultar un problema el tratamiento del agua (o líquido) residual. 2. El producto residual se recolecta en húmedo. 3. Las altas concentraciones de partículas pueden ocasionar la obstrucción de los lechos o placas y de los conductos. 4. Cuando se utiliza plástico reforzado con fibra de vidrio, tanto la instalación como el lecho son sensibles a la temperatura. 5. Los costos de mantenimiento son relativamente altos (limpieza generalmente manual). 3

35 NOMBRE DE LA TECNOLOGÍA Lavadores Venturi CONTAMINANTES A LOS QUE SE APLICA Los lavadores tipo Venturi se usan principalmente para el control de partículas. Aunque son capaces de cierto control incidental de compuestos orgánicos volátiles (COV), la aplicación principal de los lavadores tipo Venturi es el control de partículas y gases muy solubles. PRINCIPIOS DE LA OPERACIÓN Lavador tipo Venturi Los lavadores tipo Venturi disponen de una garganta en el interior del conducto que obliga a la corriente de gas a acelerarse al pasar por el estrechamiento. Dependiendo del diseño del lavador es posible rociar el líquido sobre la corriente de gas antes de que el gas llegue a la garganta o dentro de ella. En este último caso, el aumento de la velocidad y la turbulencia del gas ocasionados 3

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